ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
TEZE K DISERTAČNÍ PRÁCI
2
České vysoké učení technické v Praze Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská Katedra dozimetrie a aplikace ionizujícího záření
Vladimír Dufek
STANOVENÍ DÁVEK PACIENTŮ A OPTIMALIZACE POUŽITÍ VERIFIKAČNÍCH METOD V OBRAZEM ŘÍZENÉ RADIOTERAPII (IGRT)
Doktorský studijní program: Aplikace přírodních věd Studijní obor: Radiologická fyzika
Teze disertace k získání akademického titulu "doktor", ve zkratce "Ph.D."
Praha, květen 2014
3
Disertační práce byla vypracována v kombinované formě doktorského studia na Katedře dozimetrie a aplikace ionizujícího záření Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze. Uchazeč: Ing. Vladimír Dufek Státní ústav radiační ochrany, v.v.i. Bartoškova 28, Praha 4, 140 00 Školitel: Ing. Ivana Horáková, CSc. Státní ústav radiační ochrany, v.v.i. Bartoškova 28, Praha 4, 140 00 Oponenti: Prof. Ing. Ladislav Musílek, CSc., KDAIZ FJFI ČVUT v Praze Doc. Ing. Josef Novotný, CSc., Nemocnice Na Homolce, nyní v důchodu Ing. Jaromír Šnobr, CSc., Nemocnice Jihlava
Teze byly rozeslány dne: ............................... Obhajoba disertace se koná dne ................................ v ……… hod. před komisí pro obhajobu disertační práce ve studijním oboru Radiologická fyzika v zasedací místnosti č ........ Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze. S disertací je možno se seznámit na děkanátě Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze, na oddělení pro vědeckou a výzkumnou činnost, Břehová 7, Praha 1. Prof. Ing. Tomáš Čechák, CSc. předseda komise pro obhajobu disertační práce ve studijním oboru Radiologická fyzika Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT, Břehová 7, Praha 1
4
Obsah SOUČASNÝ STAV PROBLEMATIKY.......................................................... 6 CÍLE DISERTAČNÍ PRÁCE ........................................................................... 7 METODY ZPRACOVÁNÍ ............................................................................... 8 VÝSLEDKY ................................................................................................... 11 ZÁVĚR - RESUMÉ ............................................................................................. 20 SEZNAM V TEZÍCH POUŽITÉ LITERATURY ......................................................... 21 SEZNAM PRACÍ DISERTANTA VZTAHUJÍCÍCH SE K DISERTACI ........................... 22 SUMMARY .................................................................................................... 23
5
SOUČASNÝ STAV PROBLEMATIKY V poslední době došlo v České republice k významnému rozvoji vybavenosti radioterapeutických pracovišť. Obnova ozařovačů vedla k rozvoji nových metod radioterapie včetně zobrazování. Moderní zobrazovací metody radioterapie neslouží pouze ke korekci nastavení pacienta na lůžku lineárního urychlovače, ale také ke snížení nepřesnosti zaměření cílového objemu v důsledku pohybu orgánů, a to jak mezi jednotlivými frakcemi, tak i během jedné frakce radioterapie. Disertační práce se zabývá dávkami z verifikačních metod obrazem řízené radioterapie (IGRT – Image Guided Radiation Therapy). Verifikační metody slouží k verifikaci resp. korekci nastavení pacienta na lůžku lineárního urychlovače. Verifikační metody pomocí kilovoltážního (kV) nebo megavoltážního (MV) rentgenového zobrazení umožňují snížit nejistotu v poloze cílového objemu bezprostředně před ozářením a doručit do cílového objemu vyšší terapeutickou dávku. To zvyšuje pravděpodobnost kontroly nádoru, ale zároveň to vystavuje pacienta vyšší přídavné radiační zátěži a v konečném důsledku zvýšenému riziku vzniku sekundárních malignit. Dávky z verifikačních metod patří mezi přídavné dávky (nezamýšlené dávky), neboť přídavnými dávkami jsou všechny dávky, které obdrží pacient v průběhu přípravy a léčby radioterapií, kromě dávky terapeutické (zamýšlená dávka). Mezi přídavné dávky patří ještě dávky z lokalizace cílového objemu a kritických orgánů, plánovacího CT vyšetření a simulace ozařovacího plánu. K přídavným dávkám patří rovněž dávky z rozptýleného záření a unikajícího záření. V minulosti se k verifikaci polohy pacienta používaly megavoltážní portálové snímky zachycené na rentgenovém filmu. Film jako detektor později nahradil elektronický portálový zobrazovací systém (EPID). V současné době se k verifikaci polohy pacienta čím dál častěji používají i kilovoltážní snímky vyznačující se ve srovnání s megavoltážními snímky vyšším kontrastem. Standardní verifikační technikou se stávají kilovoltážní Cone-beam CT (kV CBCT) skeny, které poskytují trojrozměrný obraz cílového objemu. Na některých radioterapeutických pracovištích se k verifikaci polohy pacienta používají i megavoltážní CBCT skeny. Poměrně časté je také kombinování jednotlivých verifikačních metod v průběhu kurzu radioterapie. Dalším trendem je také častější použití verifikačních metod v průběhu celého kurzu
6
7. Dufek V, Horáková I, Novák L. Stanovení dávek pacientů z verifikačních metod. Sborník příspěvků k Sympóziu o radiační onkologii 2009;6:40-41. SUMMARY Organ and effective doses from four verification techniques of Image Guided Radiotherapy were evaluated (for 1 scan or 1 pair of images). These techniques are: kV CBCT scans, 2 planar kV images, 2 planar MV images and MV CBCT scans. Treatment sites were pelvis and head and neck. The highest dose burden of patient is associated with MV CBCT scans and planar MV images. For comparison purposes organ doses from therapeutic irradiation of pelvis and head and neck were also evaluated. Measurements of organ doses were performed in a male anthropomorphic Rando phantom by means of thermoluminescent dosimeters (TLD). Dose linearity and energy dependence of TLD was also evaluated. Measured organ doses and calculated effective doses were compared with doses published in literature. Differences between measured and published doses are justifiable (e.g. by different exposure setting or scan location). Absorbed doses measured with TLD were in good agreement with absorbed doses measured with gafchromic films. Clinical use of verification techniques in particular radiotherapy departments were found out by means of a questionnaire and subsequently patient total effective doses were evaluated for the whole radiotherapy course. Further, recommendation for evaluation of concomitant doses from verification techniques was developed. Radiotherapy departments can use this recommendation for evaluation of patient dose for their setting of verification techniques and also for optimisation of using verification techniques. Optimisation should be based on the choice of appropriate verification techniques, their exposure settings and frequency of imaging which will not excessively increase dose burden of patient. In addition, measured organ doses were also used for estimation of risk of cancer mortality associated with verification imaging.
23
[3] Huda W, Sandison GA. Estimation of Mean Organ doses in Diagnostic Radiology from Rando Phantom Measurement. Health Phys 1984;47:463-7. [4] Golikov VY, Nikitin VV. Estimation of the mean organ doses and the effective dose equivalent from Rando phantom measurements. Health Phys 1989;56:111-5. [5] Perisinakis K et al. Radiation dose and associated risk from transmission scans using 153Gd line sources in cardiac SPECT studies. Health Physics. 2002, 83(1), 66-74. [6] ICRP. 1990 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection. ICRP Publication 60. Oxford: Pergamon Press; 1991. [7] ICRP. The 2007 Recommendations of the International Commission of Radiological Protection. ICRP Publication 103. Amsterdam: Elsevier Science Ltd; 2007. [8] Martin CJ. Effective dose: how should it be applied to medical exposures? Br J Radiol 2007;80:639-47. SEZNAM PRACÍ DISERTANTA VZTAHUJÍCÍCH SE K DISERTACI 1. Dufek V, Horáková I, Novák L. Organ and Effective Doses from Verification Techniques in Image-Guided Radiotherapy. Radiat Prot Dosimetry 2011;147:277-80, ISSN 0144-8420. 2. Dufek V, Horáková I, Novák L. Evaluation of Patient Doses from Verification Techniques in Image-Guided Radiotherapy. Roentgenologia Radiologia (Suppl. ´10) 2010, ISSN 0486-400X. 3. Dufek V, Horáková I, Novák L. Evaluation of Patient Doses from Verification Techniques in Image-Guided Radiotherapy. IFMBE Proceedings – World Congress on Medical Physics 2009;25:640-3, ISBN 978-3-642-03901-0, ISSN 1680-0737. 4. Dufek V, Horáková I, Novák L. Evaluation of Patient Doses from Verification Techniques in Image-Guided Radiotherapy. AIP Conference Proceedings 1204 – Nuclear Physics Methods and Accelerators in Biology and Medicine 2009, ISSN 0094-243X. 5. Dufek V, Horáková I, Novák L a kol. Odhad celkové efektivní dávky pacienta pro různá schémata použití verifikačních metod radioterapie. Bezpečnost jaderné energie 2010;18:161-3, ISSN: 1210-7085. 6. Dufek V, Horáková I, Novák L. Organ and Effective Doses from Verification Techniques in Image-Guided Radiotherapy (IGRT), elektronická publikace ve sborníku příspěvků konference International Conference on Radiation Protection in Medicine - Setting the Scene for the Next Decade, IAEA, 2012, Bonn, Německo.
22
radioterapie. Na mnoha pracovištích se tak verifikuje poloha pacienta kV CBCT skeny v každé frakci. Dle vyhlášky č. 307/2002 Sb. ve znění pozdějších předpisů musí radioterapeutická pracoviště u každého přídavného ozáření zaznamenávat veličiny a parametry umožňující stanovení dávky pacienta. Pracoviště si může stanovovat dávky z jednotlivých verifikačních metod měřením např. s termoluminiscenčními dozimetry (TLD) nebo výpočtem s využitím metody Monte Carlo. Tento přístup je ale pracný a časově náročný. Pro stanovení přídavných dávek z kilovoltážních verifikačních metod může pracoviště využít také komerčních výpočetních programů, např. PCXMC nebo ImPACT. Přičemž program ImPACT se pro stanovení dávek z kV CBCT skenů obecně nedoporučuje. Ne všechna pracoviště ale mají tyto programy k dispozici. Další možností pro pracoviště je odhadnout dávky z verifikačních metod na základě údajů z literatury. V literatuře lze ovšem najít informace o dávkách pouze pro některé verifikační metody, pro některé lokalizace a pouze pro určité parametry zobrazovacích systémů. Proto bylo v rámci disertační práce provedeno měření přídavných dávek přímo pro klinicky používaná nastavení zobrazovacích systémů na urychlovačích používaných v České republice. CÍLE DISERTAČNÍ PRÁCE •
Vypracovat rešerši publikovaných dávek z verifikačních metod obrazem řízené radioterapie (IGRT)
•
Stanovit orgánové a efektivní dávky ze čtyř verifikačních metod obrazem řízené radioterapie: kV CBCT skeny, 2 ortogonální kV snímky, 2 ortogonální MV snímky a MV CBCT skeny
•
Pro účely porovnání stanovit také orgánové dávky z terapeutického ozáření
•
Porovnat stanovené dávky (pro jednu frakci radioterapie) s dostupnými daty v literatuře a také porovnat stanovené dávky mezi sebou navzájem
•
Zjistit, jaká verifikační schémata se používají na radioterapeutických pracovištích v České republice (např. použití CBCT skenů v prvních třech frakcích a následně použití kilovoltážních snímků v každé páté frakci radioterapie) a pro tato schémata stanovit celkovou efektivní dávku, kterou pacient obdrží z celého kurzu radioterapie
7
•
Vypracovat doporučení pro stanovení a hodnocení přídavných dávek z verifikačních metod radioterapie pro radioterapeutická oddělení nemocnic
METODY ZPRACOVÁNÍ Orgánové dávky se měřily v mužském antropomorfním Rando fantomu (Obr. 1) pomocí termoluminiscenčních dozimetrů (TLD) MCP-N (LiF: Mg, Cu, P). Tento fantom simuluje muže vysokého 175 cm a vážícího 73,5 kg. Fantom vyplňují plastové materiály, které jsou tkáňově ekvivalentní měkké a plicní tkáni. Fantom obsahuje také lidské anatomii odpovídající kostěné struktury. K vymezení jednotlivých orgánů v Rando fantomu bylo využito anatomického CT atlasu [1] a údajů v literatuře [2, 3, 4, 5]. Celkově se orgánové dávky stanovovaly ve 27 orgánech, do nichž se umisťovalo 120 TLD.
Obr. 1: Antropomorfní Rando fantom.
Rando fantom neumožňuje umístit TLD do kostěných struktur. Proto byly autorem disertační práce za účelem stanovení orgánové dávky v kostní dřeni a na povrchu kostí navrhnuty a zhotoveny speciální PMMA fólie o tloušťce 1 mm, jež mají na patřičných místech vyvrtány otvory. Tyto fólie se vložily mezi vybrané řezy Rando fantomu a TLD pak ležely přímo na kostěných strukturách.
Výsledky práce jsou využitelné v klinické praxi, protože pracoviště mohou stanovit přídavné dávky z verifikačních metod právě na základě dat změřených v této práci. Data byla změřena pro všechny klinicky používané verifikační metody, u kV zobrazování také pro nejběžněji používané zobrazovací systémy (OBI 1.3, OBI 1.4 a XVI). Důležité je, že orgánové a efektivní dávky byly stanoveny pro klinicky používaná nastavení zobrazovacích systémů, která se používají na radioterapeutických pracovištích v ČR. Jelikož pracoviště většinou používají přednastavené zobrazovací módy od výrobce, je možné stanovené dávky použít k odhadu dávek pacientů pro stejné zobrazovací metody obecně na libovolném radioterapeutickém pracovišti. Za tím účelem byl vypracován dokument Doporučení pro stanovení a hodnocení přídavných dávek z verifikačních metod radioterapie pro radioterapeutická oddělení nemocnic. Změřená data mohou také radioterapeutickým pracovištím sloužit k optimalizaci používání verifikačních metod. Optimalizace by měla být založena na výběru vhodných verifikačních metod a jejich expozičních parametrů, jež nebudou vystavovat pacienta příliš vysoké radiační zátěži. Při optimalizaci je také důležité zvážit adekvátní verifikační schéma (frekvenci používání zobrazovacích metod). Je nutné zdůraznit, že v práci stanovené efektivní dávky nemají v žádném případě sloužit ke stanovení individuálního rizika pacienta. Efektivní dávky mají sloužit k porovnání radiační zátěže pacientů z různých verifikačních metod a také k optimalizaci použití různých verifikačních metod na jednotlivých pracovištích. Změřené hodnoty orgánových dávek lze využít k odhadu rizika ze zobrazovacích metod v radioterapii. Hodnoty orgánových dávek mohou být využity také v případných budoucích epidemiologických studiích. Práce byla vypracována s finanční podporou SÚJB, veřejná zakázka ve výzkumu a vývoji č. 4/2009: Stanovování a ověřování dávek při pokročilých radioterapeutických metodách (IMRT, IGRT). SEZNAM V TEZÍCH POUŽITÉ LITERATURY [1] Fleckenstein P, Tranum-Jensen J. Anatomy in Diagnostic Imaging. Philadelphia: Saunders; 2001. [2] Scalzetti EM, Huda W, Bhatt S, et al. A method to obtain organ doses in a Rando phantom. Health Phys 2008;95:241-4.
8
21
ZÁVĚR - RESUMÉ
Výpočet absorbovaných dávek
V disertační práci byly stanoveny orgánové a efektivní dávky ze čtyř verifikačních metod obrazem řízené radioterapie: z kV CBCT skenů, ze dvou ortogonálních kV snímků, ze dvou ortogonálních MV snímků a z MV CBCT skenů. Verifikovanými oblastmi byla oblast pánve a oblast hlavy a krku. Pro účely porovnání byly stanoveny také orgánové dávky z terapeutického ozáření oblasti pánve a oblasti hlavy a krku. Orgánové dávky byly změřeny v mužském antropomorfním Rando fantomu pomocí termoluminiscenčních dozimetrů MCP-N. Z porovnání orgánových a efektivních dávek z jednotlivých verifikačních metod plyne, že pro pacienta představují nejvyšší radiační zátěž MV CBCT skeny. Efektivní dávka (vypočtená dle doporučení ICRP 60 [6]) z MV CBCT skenů pánve resp. hlavy a krku se blíží 40 mSv resp. 10 mSv. Stanovené orgánové dávky z MV CBCT skenů se pohybují přibližně od 0,1 mGy do 100 mGy. Značnou radiační zátěž pro pacienta představují také portálové MV snímky. Efektivní dávka ze dvou MV snímků pánve resp. hlavy a krku je přibližně 12 mSv resp. 8 mSv. Nižší radiační zátěží se vyznačují kV verifikační metody. Efektivní dávka z kV CBCT skenů pánve resp. hlavy a krku se v závislosti na zobrazovacím systému (OBI 1.4 vs XVI) pohybuje přibližně od 3 do 6 mSv resp. od 0,1 do 0,3 mSv. Nejnižší dávky obdrží pacient z kV snímků. Efektivní dávky jsou pro kV snímky obecně menší než 1 mSv, často jsou dokonce menší než 0,01 mSv. Výše uvedené dávky se vztahují k jednomu skenu nebo k jednomu páru kolmých snímků. Konkrétní velikost orgánových a efektivních dávek z jednotlivých verifikačních metod závisí na nastavení jednotlivých zobrazovacích systémů (např. na expozičních parametrech). Proto je nutné mít na paměti, že porovnání jednotlivých verifikačních metod z hlediska radiační zátěže je v této práci platné pouze pro daná nastavení těchto metod, při kterých probíhala měření. Rozdíly orgánových a efektivních dávek pro jednotlivé zobrazovací systémy jsou zdůvodnitelné. V disertační práci byly dávky stanoveny nejen pro jeden sken nebo jeden pár snímků (pro jednu frakci), ale také pro klinicky používaná verifikační schémata (pro celý kurz radioterapie). Celková efektivní dávka pacienta z celého kurzu radioterapie za předpokladu použití portálových MV snímků v každé frakci může převýšit 400 mSv, při klinickém použití MV CBCT skenů (devět skenů v průběhu celého kurzu radioterapie) může celková efektivní dávka dosáhnout přibližně 350 mSv.
20
Absorbované dávky Dabs se z naměřených TL odezev R vypočítaly podle vzorce (1):
Dabs = (R − RBG ) ⋅ K cal ⋅ K cit ⋅ K en ⋅ K lin ⋅ K fad
(1)
kde RBG je TL odezva pozaďových (neozářených) TLD, Kcal je dávkový kalibrační faktor, Kcit je korekční faktor na individuální citlivost TLD, Ken je korekční faktor pro energetickou závislost, Klin je korekční faktor na nelinearitu TL odezvy a Kfad je korekční faktor na fading TLD. Výpočet orgánových dávek Orgánové dávky D se vypočítaly pomocí vzorce (2):
D = ∑ f i ⋅ Dabs, i
(2)
i
kde fi je frakce celkové hmotnosti orgánu nebo tkáně v i-tém řezu fantomu, Dabs,i je průměrná absorbovaná dávka v orgánu nebo v tkáni v i-tém řezu, i je index jdoucí přes všechny řezy fantomu. Pro orgány, pro které nejsou tabelovány hodnoty fi se orgánové dávky vypočítaly jako průměrné hodnoty absorbovaných dávek obdržených orgánem. Výpočet efektivní dávky Efektivní dávka se vypočítala jako vážený součet tkáňových ekvivalentních dávek HT:
E = ∑ wT H T = ∑ wT wR DT , R T
(3)
T ,R
kde wT je tkáňový váhový faktor pro tkáň T a Σ wT =1. Sčítání se provádí přes orgány a tkáně lidského těla, u nichž se předpokládá vnímavost na indukci stochastických účinků. Tyto orgány a tkáně jsou specifikovány v doporučeních ICRP 60 [6] a ICRP 103 [7]). Hodnoty wT jsou zvoleny tak, aby představovaly příspěvek jednotlivých orgánů a tkání k celkové radiační újmě ze stochastických účinků. Ekvivalentní dávka HT je součin radiačního váhového faktoru wR a průměrné absorbované dávky DT,R v objemu konkrétního orgánu nebo tkáně T způsobené typem záření R. Radiační váhový faktor wR pro fotony byl zvolen 1. V této práci je orgánová dávka ztotožněna s ekvivalentní dávkou.
9
V disertační práci se efektivní dávky vypočítaly ze změřených orgánových dávek jednak podle doporučení ICRP 60 [6], jehož formalismus je převzat do vyhlášky 307/2002 Sb., o radiační ochraně, ve znění pozdějších předpisů, a jednak také podle novějšího doporučení ICRP 103 [7]. Výpočet efektivní dávky pomocí těchto dvou doporučení se mírně liší ve výčtu orgánů a tkání a v hodnotách tkáňových váhových faktorů. Expoziční parametry verifikačních metod Expoziční parametry kV CBCT skenů, dvou ortogonálních kV snímků, dvou ortogonálních MV snímků a MV CBCT skenů jsou specifikovány v Tab. 1, Tab. 2, Tab. 3 a Tab. 4. Tab. 1: Expoziční parametry kV CBCT skenů. oblast pánev hlava a krk pánev hlava a krk pánev hlava a krk
zobrazovací systém OBI 1.4 OBI 1.4 OBI 1.3 OBI 1.3 XVI XVI
napětí [kV] 125 100 125 125 120 100
elektrické množství [mAs] 718 71,8 264 264 1040 36
délka skenu [cm] 16 16 14 14 13,5 28
rotace [°] 360 204 368 368 360 210
střed skenu řez 31 řez 10 řez 35 řez 5 řez 31 řez 7
Tab. 2: Expoziční parametry dvou ortogonálních kV snímků. oblast pánev pánev hlava a krk hlava a krk pánev pánev hlava a krk hlava a krk pánev pánev hlava a krk hlava a krk
snímek AP LAT AP LAT AP LAT AP LAT AP LAT AP LAT
zobrazovací napětí elektrické systém [kV] množství [mAs] OBI1.4 75 16 OBI1.4 120 126 OBI1.4 100 8 OBI1.4 70 5 OBI1.3 75 4 OBI1.3 120 20 OBI1.3 85 3,6 OBI1.3 65 2,4 XVI 120 5 XVI 120 6,4 XVI 100 0,5 XVI 100 0,5 AP…předozadní, LAT…boční
10
velikost snímku [cm x cm] 20 x 20 20 x 20 20 x 20 20 x 20 18 x 18 18 x 18 18 x 18 18 x 18 28 x 28 28 x 28 28 x 28 28 x 28
střed snímků řez 31 řez 31 řez 7 řez 7 řez 31 řez 31 řez 5 řez 5 řez 31 řez 31 řez 31 řez 31
Obr. 5: Porovnání efektivních dávek z jednotlivých verifikačních metod při snímkování hlavy a krku (dle ICRP 60).
Porovnání stanovených dávek s publikovanými dávkami Účelem porovnání stanovených a publikovaných dávek bylo ověřit metodiku stanovení orgánových a efektivních dávek pomocí měření s TLD v antropomorfním Rando fantomu. Je nutné zdůraznit, že porovnání stanovených a publikovaných dávek je problematické. Faktorů, které komplikují porovnání stanovených a publikovaných dávek je několik: např. odlišnost fantomů, odlišné umístění středu skenů resp. snímků v longitudinální ose fantomu, různá délka skenů a velikost snímků, různé zobrazovací módy (expoziční parametry), použití resp. nepoužití bowtie filtrů nebo odlišná geometrie skenování (např. half fan vs. full fan geometrie). Dalším faktorem, který činí porovnání orgánových dávek obtížnější, je umístění konkrétních orgánů v antropomorfním fantomu. Umístění orgánů v antropomorfním fantomu se obvykle liší autor od autora. Orgánové dávky se dokonce mohou významně lišit i při stejném ozáření a stejném vymezení orgánů v antropomorfním fantomu. Velmi totiž záleží na počtu a výběru konkrétních míst v daném orgánu, kam se umístí dozimetry. Celkově lze konstatovat, že rozdíly mezi stanovenými a publikovanými dávkami jsou ve většině případů zdůvodnitelné. Porovnání také ukazuje, že s přihlédnutím k parametrům nastavení zobrazovacích metod nejsou stanovené dávky ani systematicky vyšší ani systematicky nižší než publikované dávky a že tedy navržená metodika je dobře použitelná pro účel porovnávání dávek.
19
Porovnání orgánových dávek z verifikačních metod a z terapeutického ozáření Orgány vně cílového objemu obdrží přídavnou dávku jednak z terapeutického ozáření a jednak z verifikačních metod. Níže je vyčíslen příspěvek orgánových dávek z verifikačních metod (z jedné frakce) k orgánovým dávkám z jedné frakce terapeutického ozáření. Největším příspěvkem se vyznačují MV CBCT skeny. Typický příspěvek jednoho MV CBCT skenu je přibližně mezi 1% až 20%, maximální příspěvek je přibližně 60% (ve varlatech a tlustém střevě). Typický příspěvek pro dva MV snímky se pohybuje v rozmezí od 1% do 6% a maximální příspěvek je 17% (ve varlatech). Podobný příspěvek mají kV CBCT skeny pánve: typický příspěvek je od 2% do 6%, maximální příspěvek je 13% (v tlustém střevě). Příspěvky pro kV CBCT skeny hlavy a krku jsou do 1%. Typický příspěvek pro dva kV snímky pánve se v závislosti na zobrazovacím systému pohybuje v rozmezí od 0,05% do 1,5% a maximální příspěvek je 2,5% (ve žlučníku). Příspěvky pro kV snímky hlavy a krku na zobrazovacích systémech OBI 1.3 a XVI jsou nižší než 0,01%.
Tab. 3: Expoziční parametry dvou ortogonálních MV snímků. zobrazovací velikost snímku počet střed oblast snímek systém [cm x cm] MU snímků pánev AP iViewGT 15 x 15 5 řez 31 pánev LAT iViewGT 10 x 15 5 řez 31 hlava a krk AP iViewGT 18 x 25 5 řez 7 hlava a krk LAT iViewGT 18 x 25 5 řez 7 hlava a krk AP Portal Vision 18 x 25 5 řez 7 hlava a krk LAT Portal Vision 18 x 25 5 řez 7 AP…předozadní, LAT…boční, MU...monitorová jednotka
Tab. 4: Expoziční parametry MV CBCT skenů. zobrazovací počet délka oblast systém svazek MU skenu [cm] pánev Mvision 6 MV 15 27 hlava a krk Mvision 6 MV 8 27 MU...monitorová jednotka
rotace [°] 360 360
střed skenu řez 31 řez 7
VÝSLEDKY Porovnání vypočítaných efektivních z verifikačních metod
Orgánové dávky (na jeden sken/pár snímků)
Efektivní dávky z jednotlivých verifikačních metod jsou pro jednu frakci porovnány na Obr. 4 (snímkování pánve) a Obr. 5 (snímkování hlavy a krku).
Změřené orgánové dávky z kV CBCT skenů, ze dvou ortgonálních kV snímků, ze dvou ortogonálních MV snímků a MV CBCT skenů jsou uvedeny v Tab. 5, Tab. 6 a Tab. 7. Změřené dávky se vztahují k jednomu CBCT skenu nebo k jednomu páru snímků. Tab. 5: Změřené orgánové dávky (v mGy) z kV CBCT skenů.
Obr. 4: Porovnání efektivních dávek z jednotlivých verifikačních metod při snímkování pánve (dle ICRP 60).
18
zobrazovací systém prostata močový měchýř tenké střevo tlusté střevo žlučník ledviny žaludek slinivka břišní játra slezina nadledviny plíce srdce prsa jícen brzlík
kV CBCT sken pánve OBI 1.4 OBI 1.3 XVI 11,9 12,6 8,7 16,6 34,9 5,4 7,8 5,9 2,8 5,8 2,6 1,1 1,3 0,9 1,5 1,2 0,7 0,7 0,7 0,4 0,9 0,9 0,5 0,6 0,5 0,3 0,7 0,7 0,3 0,9 0,4 0,4 0,2 0,1 0,1 0,2 0,2 0,1 0,1 0,1 0,2 0,1 0,1 <0,1 <0,1 <0,1
11
kV CBCT sken hlavy a krku OBI 1.4 OBI 1.3 XVI <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 0,5 0,4 0,2 0,1 0,2 <0,1 <0,1 0,3 <0,1 0,8 0,7 0,3 1,2 0,7
štítná žláza <0,1 <0,1 <0,1 2,6 13,0 0,9 slinné žlázy <0,1 <0,1 1,5 0,9 sliznice dutiny ústní <0,1 <0,1 1,6 1,0 mozek <0,1 <0,1 0,1 0,5 oční čočka <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 15,5 1,3 varlata 3,3 10,3 11,5 <0,1 <0,1 <0,1 kostní dřeň 8,1 8,3 0,2 0,1 povrch kostí 4,8 5,1 0,2 0,1 kůže (pánev) 5,3 9,4 23,5 <0,1 <0,1 <0,1 kůže (hrudník) 0,4 0,7 0,4 0,2 0,5 0,2 kůže (hlava a krk) <0,1 <0,1 <0,1 0,4 11,3 0,9 Na systému OBI 1.3 se orgánové dávky ještě nestanovovaly ve všech 27 orgánech. Jedná se o starší nastavení systému OBI, a proto již nelze orgánové dávky doměřit.
Tab. 6: Změřené orgánové dávky (v mGy) ze dvou ortogonálních kV snímků. 2 kV snímky pánve 2 kV snímky hlavy a krku zobrazovací systém OBI 1.4 OBI 1.3 XVI OBI 1.4 OBI 1.3 XVI prostata 2,2 0,4 0,4 <0,1 <0,1 <0,1 močový měchýř 2,7 0,7 0,6 <0,1 <0,1 <0,1 tenké střevo 1,6 0,4 0,3 <0,1 <0,1 <0,1 tlusté střevo 0,5 0,2 0,2 <0,1 <0,1 <0,1 žlučník 0,5 0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 ledviny 0,3 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 játra 0,2 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 nadledviny 0,2 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 brzlík <0,1 <0,1 <0,1 0,2 <0,1 <0,1 štítná žláza <0,1 <0,1 <0,1 0,8 0,2 <0,1 slinné žlázy <0,1 <0,1 <0,1 0,4 0,1 <0,1 sliznice dutiny ústní <0,1 <0,1 <0,1 0,2 0,1 <0,1 oční čočka <0,1 <0,1 <0,1 0,2 0,6 <0,1 varlata 1,6 0,3 0,8 <0,1 <0,1 <0,1 kostní dřeň 1,4 0,1 <0,1 <0,1 povrch kostí 1,5 <0,1 <0,1 <0,1 kůže (pánev) 1,8 0,9 0,6 <0,1 <0,1 <0,1 kůže (hlava a krk) <0,1 <0,1 <0,1 0,4 0,2 <0,1 jiné orgány* <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 * Jiné orgány zahrnují žaludek, slinivku břišní, slezinu, plíce, srdce, prsa, jícen, mozek a kůži (v oblasti hrudníku).
Obr. 2: Porovnání orgánových dávek změřených pro jednotlivé verifikační metody při verifikaci pánve.
Na Obr. 2 je mimo jiné vidět, že nejvyšší orgánové dávky mají orgány umístěné přímo v poli svazku. S rostoucí vzdáleností orgánů od pole svazku (přímo ozářené oblasti) orgánové dávky prudce klesají. Např. orgány v poli MV CBCT svazku obdrží z jednoho MV CBCT skenu pánve dávku okolo 100 mGy. Žaludek a plíce umístněné vně MV CBCT svazku pak obdrží dávku přibližně 2 mGy a 1 mGy a ve vzdálené štítné žláze je orgánová dávka 0,2 mGy. Při verifikaci pánve obdrží pacient nejvyšší dávky z MV CBCT skenů, poté následují MV snímky a kV CBCT skeny. Nejnižší dávky obdrží pacient z kV snímků. Potvrdilo se tak očekávání a byly kvantifikovány rozdíly v dávkách pro jednotlivé verifikační metody.
Obr. 3: Porovnání orgánových dávek změřených pro jednotlivé verifikační metody při verifikaci hlavy a krku.
12
17
60 (PortalVision) 55 (iViewGT) 52 (OBI 1.4 + 3 páry kV snímků schéma 5 1 PortalVision) + 6 párů MV snímků 47 (XVI + iViewGT) 80 (MVison) schéma 6 1 9 MV CBCT skenů Efektivní dávky byly vypočteny dle doporučení ICRP 60 [8] pro celý kurz radioterapie skládající se ze 35 frakcí. V závorkách u efektivních dávek jsou specifikovány zobrazovací systémy. Tabulka nezahrnuje zobrazovací systém OBI 1.3, protože efektivní dávky vypočtené na tomto systému jsou podhodnocené. Příspěvek kV snímků k celkové efektivní dávce pro schémata kombinující kV a MV snímky není vyšší než 1 mSv. schéma 4
1
7 párů MV snímků
Nejistoty Rozšířená standardní nejistota stanovení absorbovaných dávek v bodě v Rando fantomu pomocí TLD byla odhadnuta na 13% (k=2). Celková nejistota stanovení orgánových dávek pomocí TLD nebyla vyčíslena zejména díky komplikovanému a problematickému vyjádření nejistot vztažených k neúplnému pokrytí objemu jednotlivých orgánů dozimetry. Mezi nejistoty výpočtu efektivní dávky patří nejen nejistoty stanovení příslušných orgánových dávek, z nichž se efektivní dávka počítá, ale také nejistoty modelu použitého k výpočtu efektivní dávky. Tento model byl totiž odvozen pro podmínky odlišné od podmínek lékařského ozáření v radioterapii. Například hodnoty tkáňových váhových faktorů byly odvozeny za podmínek nízkých dávek a nízkých dávkových příkonů. V radioterapii se ale tyto hodnoty tkáňových váhových faktorů používají, i když uvedené podmínky nemusí být splněné. Navíc hodnoty tkáňových váhových faktorů se neustále zpřesňují, jak o tom svědčí také nové hodnoty v doporučení ICRP 103 [7] oproti doporučení ICRP 60 [6]. Martin [8] uvádí, že tkáňové váhové faktory mohou být zatížené nejistotou až 60%. Celkovou nejistotu stanovení efektivní dávky pak pro referenčního pacienta odhaduje na 40%. Porovnání změřených dávek z verifikačních metod Orgánové dávky z jednotlivých verifikačních metod jsou pro vybrané orgány a pro jednu frakci porovnány na Obr. 2 (verifikace pánve) a Obr. 3 (verifikace hlavy a krku).
Tab. 7: Změřené orgánové dávky (v mGy) ze dvou ortogonálních MV snímků a z MV CBCT skenů. verifikační metoda oblast
2 MV snímky hlava a hlava a pánev krk krk Portal iViewGT iViewGT Vision 69,1 <0,1 <0,1 46,9 <0,1 <0,1 9,8 <0,1 0,1 1,1 <0,1 0,1 0,4 0,1 0,2 0,4 0,1 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 0,1 0,3 0,2 0,2 0,4 0,3 0,2 0,4 0,3 0,2 0,3 <0,1 6,3 7,2 <0,1 0,6 0,9 0,2 1,2 2,9 <0,1 3,3 3,7 <0,1 6,2 7,4 <0,1 119 123 <0,1 103 123
MV CBCT sken pánev
hlava a krk
zobrazovací MVision MVision systém prostata 96,8 <0,1 močový měchýř 97,9 <0,1 tenké střevo 51,1 0,1 tlusté střevo 30,0 0,1 žlučník 4,1 0,2 ledviny 3,7 0,3 žaludek 2,3 0,4 slinivka 3,3 0,3 játra 2,0 0,5 slezina 2,3 0,4 nadledviny 2,6 0,4 plíce 0,7 10,6 srdce 0,7 1,3 prsa 1,1 2,0 jícen 0,4 19,0 brzlík 0,3 61,1 štítná žláza 0,2 79,7 slinné žlázy 0,2 77,1 sliznice dutiny <0,1 98,1 116 0,2 77,5 ústní mozek <0,1 12,2 15,8 0,1 73 oční čočka <0,1 11,1 11,8 0,3 65,7 varlata 32,5 <0,1 0,1 113 0,1 kostní dřeň 21,3 4,8 6,2 52,2 10,2 povrch kostí 19,2 9,6 8,7 42,2 9,2 kůže (pánev) 21,0 0,2 0,1 94,9 0,1 kůže (hrudník) 0,4 2,4 3,2 3,0 5,9 kůže (hlava a krk) <0,1 41,6 50,3 0,3 58,6 Orgánové dávky z MV snímků pánve na zobrazovacím systému PortalVision se neměřily, neboť lze předpokládat, že tyto dávky budou podobné orgánovým dávkám změřeným na zobrazovacím systému iViewGT, tak jak tomu je u MV snímků hlavy a krku.
Orgánové dávky z terapeutického ozáření (na jednu frakci) Změřené orgánové dávky z terapeutického ozáření jsou uvedeny v Tab. 8. Změřené dávky se vztahují k jedné frakci ozáření.
16
13
Tab. 9: Vypočítané efektivní dávky (v mSv) ze čtyř verifikačních metod. Tab. 8: Orgánové dávky (v mGy) změřené při IMRT prostaty a IMRT hlavy a krku. IMRT IMRT hlavy orgán prostaty a krku prostata 1,7 močový měchýř 3,4 tenké střevo 310 7,9 tlusté střevo 46,1 8,3 žlučník 22,1 9,9 ledviny 19,3 9,0 žaludek 14,7 13,4 slinivka břišní 17,4 9,7 játra 12,5 12,3 slezina 11,1 11,0 nadledviny 16,5 10,9 plíce 4,6 103 srdce 5,2 23,2 prsa 7,2 28,7 jícen 3,5 60,7 brzlík 2,4 109 štítná žláza 1,7 slinné žlázy 1,2 sliznice dutiny ústní 1,2 mozek 0,7 oční čočka 1,2 varlata 188 2,9 kůže (pánev) 5,7 kůže (hrudník) 13,6 42,8 kůže (hlava a krk) 1,5 Orgánové dávky se vztahují k předepsané dávce 2 Gy na frakci. V tabulce nejsou uvedeny hodnoty orgánových dávek v orgánech, které se nacházejí přímo nebo částečně v ozařovaném objemu, neboť to není předmětem zájmu. IMRT…radioterapie s modulovanou intenzitou svazku
verifikovaná oblast pánev hlava a krk doporučení ICRP 60 ICRP 103 ICRP 60 ICRP 103 CBCT sken (OBI1.4) 2,7 2,4 0,3 0,3 CBCT sken (OBI1.3) 4,2* 2,7* 0,9* 0,7* CBCT sken (XVI) 5,6 4,1 0,1 0,1 2 kV snímky (OBI1.4) 0,8 0,6 0,05 0,05 2 kV snímky (OBI1.3) 0,1* 0,1* 0,01* 0,01* 2 kV snímky (XVI) 0,2 0,2 0,01 0,01 2 MV snímky (Portal Vision) 8,6 10,3 2 MV snímky (iViewGT) 11,9 8,5 7,9 9,1 MV CBCT sken 39,1 26,1 8,9 10,3 * podhodnocené efektivní dávky (orgánová dávka se nestanovovala v kostní dřeni a na povrchu kostí) - efektivní dávka pro MV snímky na portálovém systému Portal Vision se nestanovovala, neboť lze předpokládat, že bude podobná efektivní dávce pro MV snímky na portálovém systému iViewGT.
Efektivní dávky z celého kurzu radioterapie Celkové efektivní dávky pro klinicky používaná verifikační schémata při verifikaci oblasti pánve a oblasti hlavy a krku jsou odhadnuty v Tab. 10. Verifikační schémata byla zjištěna pomocí dotazníku zaslaného na radioterapeutická pracoviště. Tab. 10: Celkové efektivní dávky pro klinicky používaná verifikační schémata při verifikaci oblasti pánve a oblasti hlavy a krku.
schéma 1
Efektivní dávky (na jeden sken/pár snímků) Vypočítané efektivní dávky pro čtyři verifikační metody jsou shrnuty v Tab. 9. Vypočítané dávky se vztahují k jednomu páru snímků nebo k jednomu CBCT skenu.
schéma 2 schéma 3 schéma 4 schéma 5 schéma 1 schéma 2 schéma 3
14
počet popis verifikačního celková efektivní pracovišť schématu dávka [mSv] verifikace oblasti pánve 54 (OBI 1.4) 1 20 kV CBCT skenů 112 (XVI) 28 (OBI 1.4) 3 35 párů kV snímků 7 (XVI) 5 párů kV snímků 72 (XVI + iViewGT) 1 + 6 párů MV snímků 417 (iViewGT) 2 35 párů MV snímků 352 (MVison) 1 9 MV CBCT skenů verifikace oblasti hlavy a krku 2 (OBI 1.4) 1 7 kV CBCT skenů 1 (XVI) 2 (OBI 1.4) 1 35 párů kV snímků 0,4 (XVI) 301 (PortalVision) 2 35 párů MV snímků 277 (iViewGT)
15
